GIPV: Byggnadsintegrerade fotovoltaik med partiell transparent solmoduler-byggande-integrerade fotovoltaik

Den byggnadsintegrerade fotovoltaiska-GIPV (byggnadsintegrerade fotovoltaik-bipv) är fotovoltaiska material som ersätter konventionella byggnadsmaterial i delar av byggnadens kuvert såsom taket, takfönstren eller fasaden. De integreras i allt högre grad i byggandet av nya byggnader som den huvudsakliga eller sidokällan, varvid befintliga byggnader med liknande teknik också kan eftermonteras. Fördelen med integrerade fotovoltaik jämfört med de vanliga icke-integrerade systemen är att de initiala kostnaderna kan kompenseras för att minska utgifterna för byggnadsmaterial och arbetare, vilket normalt skulle vara nödvändigt för byggandet av byggnadsdelen som BIPV-modulerna skulle vara. Dessutom möjliggör BIPV en bredare acceptans av solsystem om byggnadens estetik spelar en roll och konventionella solmoduler, sammansatta på ramar, skulle störa byggnadens avsedda utseende.

Termen BAPV (Building Applied Photovoltaics) för byggnadsintegrerade fotovoltaik används ibland för att hänvisa till fotovoltaiska system som därefter integreras i byggnaden. De flesta av byggnadens integrerade system är faktiskt BAPV. Vissa tillverkare och byggare skiljer mellan BIPV och BAPV för nya byggnader.

PV -applikationer för byggnader uppstod på 1970 -talet. Fotovoltaiska moduler med aluminiumramar var anslutna till byggnader eller monterade, som vanligtvis fanns i avlägsna områden utan tillgång till ett kraftnät. På 1980 -talet började det fästa fotovoltaiska moduler på tak. Dessa PV -system installerades vanligtvis på byggnader som var anslutna till kraftnätet och var belägna i områden med centrala kraftverk. På 1990 -talet blev BIPV -byggprodukter, som var speciellt utvecklade för integration i byggnadens kuvert, kommersiellt tillgängligt. I en doktorsavhandling av Patrina Eiffert från 1998 med rätt till ekonomisk bedömning av BIPV, inrättades hypotesen att en dag skulle det finnas ett ekonomiskt värde för handel med krediter för förnybara energier (förnybara energikrediter - REC). En ekonomisk utvärdering och en kort översikt över BIPV: s historia av US National Renewable Energy Laboratory från 2011 indikerar att betydande tekniska utmaningar fortfarande kan hanteras innan BIPV -installationskostnader kan konkurrera med de för fotovoltaiska system. Det finns emellertid en växande enighet om att BIPV-system kommer att bilda ryggraden i det europeiska målet för nollenergibyggnader (Zero Energy Building-NEB) fram till 2020 genom att marknadsföra dem. Trots de lovande tekniska möjligheterna hittades också sociala hinder för utbredd användning, såsom byggbranschens konservativa kultur och integration i stadsplanering med hög densitet. Författarna påpekar att långvarig användning förmodligen är lika mycket beroende av effektiva politiska beslut som för teknisk utveckling.

De partiella transparenta solmodulerna erbjuder ett intressant sätt att integrera byggnadsintegrerade fotovoltaik (BIPV) i arkitektur och stadsplanering. Denna nya typ av solenergiproduktion kommer sannolikt att vara en viktig del av elproduktionen över hela världen i framtiden.

Byggnadsintegrerade fotovoltaik med partiella transparenta solmoduler är ett attraktivt alternativ för byggande av energieffektiva byggnader. Denna teknik kan bidra till att minska kostnaderna för energiförsörjning och samtidigt förbättra byggnadens utsida.

Dessutom kan partiella transparenta solmoduler användas för att vägleda dagsljus inuti en byggnad. Detta sparar inte bara energi utan minskar också kostnaderna för konstgjord belysning.

Sammanfattningsvis kan man säga att byggnadsintegrerad fotovoltaik är en mycket effektiv och mångsidig typ av förnybara energier. Det har potentialen att på ett hållbart sätt förbättra energiförsörjningen i byggnader.

Solmoduler tillverkade av kristallint kisel för utomhus- och takkraftverk.

Amorfa kristallina kisel-dünnshicht-sola PV-moduler som kan vara ihåliga, lätta, röda, blå och gula, som en glasfasad och transparent takfönster.

CIGS-baserade (koppar-indium-gallium-selenid) tunnskiktsceller på flexibla moduler som är laminerade till byggnadsspolelementet, eller cigs-cellerna installeras direkt på underlagets underlag.

Dubbelglasens solmoduler med fyrkantiga celler inuti.

Planttak

Den mest utbredda lösningen hittills är en amorf tunnskikt solcell, som är integrerad i en flexibel polymermodul som är fäst med en limfilm mellan baksidan av solmodulen och taktätningen. Med Copper-Indium-Gallium Selenide-tekniken (CIGS) kan ett amerikanskt företag uppnå en celleffektivitet på 17 % för byggnadsintegrerade moduler i TPO-membran med enskikt.

Sluttande tak

Solardtakplattor är (keramiska) takplattor med integrerade solmoduler. Den keramiska soltakplattan utvecklades och patenterades av ett holländskt företag 2013.

Moduler som är formade som flera takplattor.

Solskalor är moduler som ser ut och fungerar som vanliga bältros, men innehåller en flexibel tunn skiktcell.

De förlänger den normala livslängden på tak genom att skydda isoleringen och membranen från UV -strålning och vattenskador. Dessutom förhindras kondensationen eftersom daggpunkten hålls ovanför takmembranet.

Metalliska lutande tak (både strukturella och arkitektoniska) är nu utrustade med PV-funktioner, antingen genom att limma en fristående flexibel modul eller genom värme- och vakuumtätning av Cigs-cellerna direkt på underlaget.

fasad

Fasader kan fästas till befintliga byggnader och ge gamla byggnader ett helt nytt utseende. Dessa moduler är kopplade till fasaden på byggnaden ovanför den befintliga strukturen, vilket kan öka byggnadens attraktivitet och dess återförsäljningsvärde.

glasering

Fotovoltaiska fönster är (halv) transparenta moduler som kan ersätta ett antal arkitektoniska element som vanligtvis är tillverkade av glas eller liknande material, såsom: B. Windows och takfönster. De genererar inte bara elektrisk energi, de kan också orsaka ytterligare energibesparingar på grund av deras utmärkta värmeisoleringsegenskaper och kontrollen av solens strålar.

Fotovoltaiska glasfönster: Integrationen av teknik för energiproduktion i bostads- och affärsbyggnader har öppnat ytterligare forskningsområden där slutproduktens övergripande estetik beaktas mer. Även om målet fortfarande är att uppnå en hög effektivitet, syftar nya utvecklingar i fotovoltaiska fönster också att välja konsumenter en optimal nivå av glasöppenhet och/eller möjligheten att välja mellan en serie färger. Olika färgade solpaneler kan utformas på ett sådant sätt att de optimalt absorberar vissa våglängdsområden från det bredare spektrumet. Färgat fotovoltaiskt glas utvecklades framgångsrikt med halvtransparent, perovsky och färgkänsliga solceller.

• Plasmonala solceller som absorberar och återspeglar färgat ljus utvecklades med Fabry Pérot-Talon-tekniken. Dessa celler består av "två parallella, reflekterande metallfilmer och en dielektrisk kavitetsfilm mellan dem". De två elektroderna består av Ag och kaviteten mellan dem från SB2O3. Genom att ändra tjockleken och brytningsindexet för den dielektriska hålrummet förändras våglängden som bäst absorberas. Anpassningen av färgen på absorptionsskiktglaset till den specifika delen av spektrumet, till vilken tjockleken och brytningsindexet för cellen bäst koordineras, förbättrar både estetiken i cellen genom att intensifiera dess färg och minimera fotoflödesförluster. En permeabilitet på 34,7 % eller 24,6 % uppnåddes med enheterna för rött och blått ljus. Blå enheter kan konvertera 13,3 % av det absorberade ljuset till elektricitet, vilket gör det till den mest effektiva av alla utvecklade och testade färgade enheter.
• Perowskit solcellsteknologi kan skräddarsys till rött, grönt och blått genom att ändra tjockleken på de metalliska nanotrådarna till 8, 20 och 45 nm. Maximal effektivitet på 10,12 %, 8,17 % och 7,72 % uppnåddes genom att anpassa glasreflektionen till våglängden för vilken respektive cell är bäst lämpad.
• Färgceller använder flytande elektrolyter för att fånga ljus och omvandla till användbar energi; Detta händer på liknande sätt som naturliga pigment som möjliggör fotosyntes i växter. Medan klorofyll är det specifika pigmentet, som ansvarar för den gröna färgen i blad, skapar andra variationer av orange och violetta färger som förekommer i naturen. Forskare från University of Concepcion har visat livskraften hos färgämnen sensibiliserade färgade solceller, som både förekommer och selektivt absorberar vissa våglängder för ljus. Med denna billiga lösning erhålls naturliga pigment från Maqui -frukter, svarta myrtes och spenat som sensister. Dessa naturliga sensister fästs sedan mellan två lager gjorda av transparent glas. Även om effektiviteten hos dessa särskilt billiga celler fortfarande är oklar, kan tidigare forskning inom området organiska färgceller uppnå en "hög elektricitetsomvandlingseffektivitet på 9,8 %".

Transparenta solceller använder en tennoxidbeläggning på insidan av glasrutorna för att vägleda strömmen från cellen. Cellen innehåller titanoxid, som är belagd med ett fotoelektriskt färgämne.

De flesta konventionella solceller använder synligt och infrarött ljus för att generera elektricitet. Däremot använder den innovativa nya solcellen också ultraviolett strålning. Om det används som en ersättning för konventionellt fönsterglas eller placeras över glaset, kan installationsområdet vara stort, vilket leder till potentiella applikationer som använder de kombinerade funktionerna för kraftproduktion, belysning och temperaturkontroll.

Ett annat namn för transparent fotovoltaik är "genomskinlig fotovoltaik" (de låter bara hälften av ljuset som faller på dem). I likhet med oorganiska fotovoltaik kan organiska fotovoltaik också vara permeabla för ljus.

Icke -våglängd selektiv

Vissa icke-våglängdsbaserade fotovoltaiska system uppnår semi-transparens genom rumslig segmentering av ogenomskinliga solceller. Med denna metod används alla ljusöppnande solceller och flera små celler fördelas på ett transparent substrat. Denna uppdelning minskar drastiskt effektiviteten i energikonverteringen och ökar överföringen.

En annan gren av icke-våglängdsselektiva fotovoltaik använder synligt absorberande tunnfilm-halvledare med små tjocklekar eller stora tillräckligt med bandgap som gör att ljuset kan passera igenom. Detta resulterar i semi-transparenta fotovoltaik med en liknande linje mellan mellan effektivitet och överföring som rumsligt segmenterade ogenomskinliga solceller.

En annan gren av den icke-våglängdsselektiva fotovoltaiska använder synligt absorberande tunnskiktsledare med låga tjocka eller tillräckligt stora bandgap som släpper igenom. Detta leder till semi -transparenta fotovoltaik med en liknande direkt kompromiss mellan effektivitet och överföring som i rumsligt segmenterade ogenomskinliga solceller.

Våglängdskänslig fotovoltaisk

Våglängden selektiva fotovoltaik når transparens genom användning av material som endast absorberar UV- och/eller NIR -ljus och presenterades först 2011. Trots den högre permeabiliteten är effektiviteten i energikonvertering lägre på grund av ett antal problem. Detta inkluderar små exciton -diffusionslängder, skalningen av transparenta elektroder utan att försämra effektiviteten och den allmänna livslängden på grund av inkonsekvensen av de organiska materialen som används i TPV i allmänhet.

Innovationer i det transparenta och genomskinliga fotovoltaiska

Tidiga försök att utveckla icke-våglängdsselektiva semi-transparenta organiska fotovoltaik med mycket tunna aktiva lager som absorberar i det synliga spektrumet kunde bara uppnå en effektivitet på mindre än 1 %. 2011 visade emellertid transparent organiska fotovoltaik med en organisk kloraluminium ftalocyanin-immonor (ClalPC) och en fulleren acceptor en absorption i det ultravioletta och nära infraröda spektrumet (NIR) med effektivitet med 1,3 % och lätt tillförsel i det synliga intervallet på över 65 %. Under 2017 utvecklade co-forskare en process för framgångsrik separering av transparenta grafiska elektroder på organiska solceller, vilket ledde till en 61% permeabilitet för synligt ljus och förbättrad effektivitet på 2,8-4,1%.

Perowskit solceller, som är mycket populära som nästa generations fotovoltaik med effektivitet på över 25 %, har också visat sig vara lovande för transparent fotovoltaik. Under 2015 visade en halvtransparent perovskit solcell med en metylammonium pleetrician-perovskit och en silveranano-tråds toppelektrod en överföring på 79 % med en våglängd på 800 nm och en effektivitet på cirka 12,7 %.